Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lcmineqlem2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmineqlem2 40025
Description: Part of lcm inequality lemma, this part eventually shows that F times the least common multiple of 1 to n is an integer. (Contributed by metakunt, 29-Apr-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
lcmineqlem2.1 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
lcmineqlem2.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
lcmineqlem2.4 (𝜑𝑀𝑁)
Assertion
Ref Expression
lcmineqlem2 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑀,𝑥   𝑘,𝑁,𝑥   𝜑,𝑘,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem lcmineqlem2
StepHypRef Expression
1 lcmineqlem2.1 . . 3 𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · ((1 − 𝑥)↑(𝑁𝑀))) d𝑥
2 lcmineqlem2.2 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 lcmineqlem2.3 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
4 lcmineqlem2.4 . . 3 (𝜑𝑀𝑁)
51, 2, 3, 4lcmineqlem1 40024 . 2 (𝜑𝐹 = ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥)
6 eqid 2738 . . 3 (0[,]1) = (0[,]1)
7 fzfid 13682 . . 3 (𝜑 → (0...(𝑁𝑀)) ∈ Fin)
8 0red 10967 . . 3 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
9 1red 10965 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
10 unitsscn 13221 . . . . 5 (0[,]1) ⊆ ℂ
11 resmpt 5940 . . . . 5 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))))
1210, 11ax-mp 5 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1)))
13 nnm1nn0 12263 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
14 expcncf 24078 . . . . . 6 ((𝑀 − 1) ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
153, 13, 143syl 18 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
16 rescncf 24049 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
1710, 16ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
1815, 17syl 17 . . . 4 (𝜑 → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
1912, 18eqeltrrid 2844 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥↑(𝑀 − 1))) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
20 elfznn0 13338 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
21 neg1cn 12076 . . . . . . 7 -1 ∈ ℂ
22 expcl 13789 . . . . . . 7 ((-1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2321, 22mpan 687 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2420, 23syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
2524adantl 482 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (-1↑𝑘) ∈ ℂ)
263nnnn0d 12282 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
272nnnn0d 12282 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
28 nn0sub 12272 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
2926, 27, 28syl2anc 584 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑀𝑁 ↔ (𝑁𝑀) ∈ ℕ0))
304, 29mpbid 231 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁𝑀) ∈ ℕ0)
31 nn0z 12332 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
3220, 31syl 17 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → 𝑘 ∈ ℤ)
33 bccl 14025 . . . . . . 7 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3432, 33sylan2 593 . . . . . 6 (((𝑁𝑀) ∈ ℕ0𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3530, 34sylan 580 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℕ0)
3635nn0cnd 12284 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((𝑁𝑀)C𝑘) ∈ ℂ)
3725, 36mulcld 10984 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → ((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) ∈ ℂ)
38 resmpt 5940 . . . . . 6 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)))
3910, 38ax-mp 5 . . . . 5 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) = (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘))
40 expcncf 24078 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
4120, 40syl 17 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ))
42 rescncf 24049 . . . . . . 7 ((0[,]1) ⊆ ℂ → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ)))
4310, 42ax-mp 5 . . . . . 6 ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ∈ (ℂ–cn→ℂ) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4441, 43syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → ((𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑥𝑘)) ↾ (0[,]1)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4539, 44eqeltrrid 2844 . . . 4 (𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀)) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
4645adantl 482 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))) → (𝑥 ∈ (0[,]1) ↦ (𝑥𝑘)) ∈ ((0[,]1)–cn→ℂ))
476, 7, 8, 9, 19, 37, 463factsumint 40020 . 2 (𝜑 → ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · (𝑥𝑘))) d𝑥 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
485, 47eqtrd 2778 1 (𝜑𝐹 = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁𝑀))(((-1↑𝑘) · ((𝑁𝑀)C𝑘)) · ∫(0[,]1)((𝑥↑(𝑀 − 1)) · (𝑥𝑘)) d𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wa 396   = wceq 1539  wcel 2106  wss 3888   class class class wbr 5075  cmpt 5158  cres 5588  (class class class)co 7269  cc 10858  0cc0 10860  1c1 10861   · cmul 10865  cle 10999  cmin 11194  -cneg 11195  cn 11962  0cn0 12222  cz 12308  [,]cicc 13071  ...cfz 13228  cexp 13771  Ccbc 14005  Σcsu 15386  cnccncf 24028  citg 24771
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5210  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7580  ax-inf2 9388  ax-cc 10180  ax-cnex 10916  ax-resscn 10917  ax-1cn 10918  ax-icn 10919  ax-addcl 10920  ax-addrcl 10921  ax-mulcl 10922  ax-mulrcl 10923  ax-mulcom 10924  ax-addass 10925  ax-mulass 10926  ax-distr 10927  ax-i2m1 10928  ax-1ne0 10929  ax-1rid 10930  ax-rnegex 10931  ax-rrecex 10932  ax-cnre 10933  ax-pre-lttri 10934  ax-pre-lttrn 10935  ax-pre-ltadd 10936  ax-pre-mulgt0 10937  ax-pre-sup 10938  ax-addf 10939  ax-mulf 10940
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3433  df-sbc 3718  df-csb 3834  df-dif 3891  df-un 3893  df-in 3895  df-ss 3905  df-pss 3907  df-nul 4259  df-if 4462  df-pw 4537  df-sn 4564  df-pr 4566  df-tp 4568  df-op 4570  df-uni 4842  df-int 4882  df-iun 4928  df-iin 4929  df-disj 5041  df-br 5076  df-opab 5138  df-mpt 5159  df-tr 5193  df-id 5486  df-eprel 5492  df-po 5500  df-so 5501  df-fr 5541  df-se 5542  df-we 5543  df-xp 5592  df-rel 5593  df-cnv 5594  df-co 5595  df-dm 5596  df-rn 5597  df-res 5598  df-ima 5599  df-pred 6197  df-ord 6264  df-on 6265  df-lim 6266  df-suc 6267  df-iota 6386  df-fun 6430  df-fn 6431  df-f 6432  df-f1 6433  df-fo 6434  df-f1o 6435  df-fv 6436  df-isom 6437  df-riota 7226  df-ov 7272  df-oprab 7273  df-mpo 7274  df-of 7525  df-ofr 7526  df-om 7705  df-1st 7822  df-2nd 7823  df-supp 7967  df-frecs 8086  df-wrecs 8117  df-recs 8191  df-rdg 8230  df-1o 8286  df-2o 8287  df-oadd 8290  df-omul 8291  df-er 8487  df-map 8606  df-pm 8607  df-ixp 8675  df-en 8723  df-dom 8724  df-sdom 8725  df-fin 8726  df-fsupp 9118  df-fi 9159  df-sup 9190  df-inf 9191  df-oi 9258  df-dju 9648  df-card 9686  df-acn 9689  df-pnf 11000  df-mnf 11001  df-xr 11002  df-ltxr 11003  df-le 11004  df-sub 11196  df-neg 11197  df-div 11622  df-nn 11963  df-2 12025  df-3 12026  df-4 12027  df-5 12028  df-6 12029  df-7 12030  df-8 12031  df-9 12032  df-n0 12223  df-z 12309  df-dec 12427  df-uz 12572  df-q 12678  df-rp 12720  df-xneg 12837  df-xadd 12838  df-xmul 12839  df-ioo 13072  df-ioc 13073  df-ico 13074  df-icc 13075  df-fz 13229  df-fzo 13372  df-fl 13501  df-mod 13579  df-seq 13711  df-exp 13772  df-fac 13977  df-bc 14006  df-hash 14034  df-cj 14799  df-re 14800  df-im 14801  df-sqrt 14935  df-abs 14936  df-limsup 15169  df-clim 15186  df-rlim 15187  df-sum 15387  df-struct 16837  df-sets 16854  df-slot 16872  df-ndx 16884  df-base 16902  df-ress 16931  df-plusg 16964  df-mulr 16965  df-starv 16966  df-sca 16967  df-vsca 16968  df-ip 16969  df-tset 16970  df-ple 16971  df-ds 16973  df-unif 16974  df-hom 16975  df-cco 16976  df-rest 17122  df-topn 17123  df-0g 17141  df-gsum 17142  df-topgen 17143  df-pt 17144  df-prds 17147  df-xrs 17202  df-qtop 17207  df-imas 17208  df-xps 17210  df-mre 17284  df-mrc 17285  df-acs 17287  df-mgm 18315  df-sgrp 18364  df-mnd 18375  df-submnd 18420  df-mulg 18690  df-cntz 18912  df-cmn 19377  df-psmet 20578  df-xmet 20579  df-met 20580  df-bl 20581  df-mopn 20582  df-cnfld 20587  df-top 22032  df-topon 22049  df-topsp 22071  df-bases 22085  df-cn 22367  df-cnp 22368  df-cmp 22527  df-tx 22702  df-hmeo 22895  df-xms 23462  df-ms 23463  df-tms 23464  df-cncf 24030  df-ovol 24617  df-vol 24618  df-mbf 24772  df-itg1 24773  df-itg2 24774  df-ibl 24775  df-itg 24776  df-0p 24823
This theorem is referenced by:  lcmineqlem3  40026
  Copyright terms: Public domain W3C validator